Implications of subgrid orographic precipitation estimates on hydrological characterizations using a land model

Abstract

La sensibilidad del manto nival a condiciones climáticas cambiantes es una problemática urgente para la gestión de recursos hídricos en zonas montañosas. En zonas de alta montaña, la topografía local influye en la evolución temporal de forzantes meteorológicas y, por lo tanto, en los procesos hidrológicos, por lo que resulta necesaria la representación de dicho efecto en modelos numéricos. Sin embargo, a la fecha no se han realizado estudios que evalúen sistemáticamente distintas estrategias para representar el efecto orográfico sobre la precipitación. Este trabajo de tesis busca abordar este desafío. Para ello, se implementó el modelo hidrológico distribuido VIC en una grilla espacial de 0.05° x 0.05°, acoplado con el modelo de rastreo mizuRoute, en cuatro cuencas ubicadas en la cordillera de los Andes extratropicales. Se configuraron seis estrategias de diferente complejidad para distribuir la precipitación a escala sub-celda, comparándose con un caso base que considera intensidad de precipitación espacialmente uniforme dentro de cada unidad de modelamiento. Se compararon valores simulados de caudal medio diario; flujos diarios de acumulación y derretimiento de nieve; promedios anuales de precipitación líquida, sólida, sublimación, evapotranspiración, derretimiento, escorrentía, y equivalente de agua en nieve (EAN o SWE, por sus siglas en inglés) del 1 de septiembre; y cambios en la estacionalidad de la escorrentía, a escalas de celda y cuenca. Los resultados muestran que la implementación de gradientes orográficos de precipitación no genera grandes impactos en las simulaciones diarias de caudal en comparación con el caso base, con diferencias menores a 0,1 al comparar valores de KGE(Q) y KGE(1/Q), salvo para el caso de la cuenca del Río Biobío en Llanquén. Sin embargo, se obtuvieron grandes diferencias al contrastar los resultados medios anuales de configuraciones alternativas con el caso base, observándose variaciones de más del 50 % en algunos casos, como la sublimación en la cuenca del Biobío, y diferencias en la distribución espacial de variables simuladas para todas las cuencas estudiadas. Finalmente, se identificaron las celdas más sensibles a representaciones del gradiente orográfico de la precipitación como aquellas que tienen menor elevación relativa dentro de la cuenca, un mayor rango de elevación a escala sub-celda, mayor cobertura vegetal y mayor temperatura media anual. La investigación permitió concluir que la variabilidad en las representaciones del efecto orográfico sobre la precipitación puede llegar a tener impactos significativos en simulaciones hidrológicas, en especial a escala de sub-celda, y que la magnitud de estos impactos depende de las características hidrometeorológicas de cada unidad de modelación. Trabajo futuro debe orientarse a estudiar las implicancias de variaciones en el efecto orográfico sobre cuencas que fueron excluidas del estudio bajo el criterio de selección aplicado, como aquellas con aportantes glaciares importantes, además de explorar distintas maneras de representar la variabilidad sub-celda.